WO2000074457A1 - Switching device - Google Patents

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WO2000074457A1
WO2000074457A1 PCT/DE2000/001572 DE0001572W WO0074457A1 WO 2000074457 A1 WO2000074457 A1 WO 2000074457A1 DE 0001572 W DE0001572 W DE 0001572W WO 0074457 A1 WO0074457 A1 WO 0074457A1
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switching device
housing
switching
leading
switching unit
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PCT/DE2000/001572
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Erich Zerbian
Robert Jung
Rainer Kreutzer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure

Definitions

  • the invention relates to a switching device which has a lossy semiconductor switching unit integrated in the housing of the switching device.
  • Switching devices are already known in which switching elements are brought into the switched-on position and held there by electromagnetic force.
  • a switching magnet is energized and energized by a pushbutton or setting switch.
  • the moving contact pieces are pressed against fixed contact pieces.
  • the contact pieces are often provided with special silver or silver sintered material.
  • SIRIUS 3R Switching devices, which are also referred to as contactors, are offered by the applicant on the market, for example under the name SIRIUS 3R.
  • the current path of the smallest SIRIUS S00 contactors is designed for an output of 5.5 kW.
  • switching devices with semiconductor switching units have a lower switching capacity than switching devices with electromechanical switching units.
  • the object of the invention is to show a way in which the switching capacity can be improved for a given volume of the switching device.
  • Switchgear fits into a switchgear family that is already on the market, the interior of which is made using conventional technology.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a switching device according to the invention
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a switching device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a switching device according to the invention.
  • This switching device which is provided for three-pole switching of a circuit, is used in a housing. Its dimensions correspond to the usual dimensions of a conventional switching device with an electromechanical switching unit. Only parts of this housing are shown in FIG. are denoted by the reference number 1.
  • the underside of the housing is shaped in such a way that the switching device can be easily attached to a rail of a control cabinet, for example a 35 mm top-hat rail.
  • the switching device shown has connections 12, 20 leading into the housing, of which only the connections assigned to a phase are explained in more detail below. These connections are connected in the outer area of the switching device to further components, not shown, which provide the currents to be conducted in the semiconductor switching unit.
  • connections 12, 20 serve to conduct the currents mentioned into the interior of the housing and to supply them to the semiconductor switching unit there via a heat and current-conducting solder or adhesive layer 9a, b.
  • this has two semiconductor chips 8a and 8b, which are electrically contacted with one another via a current or conductor track 15.
  • connection 12 can be the drain electrode of a thyristor circuit and the connection 20 the source electrode of this thyristor circuit.
  • the gate electrode (s) of the thyristor circuit is not shown in FIG. 1.
  • connections 12, 20 leading into the interior of the switching device are led into the immediate vicinity of the semiconductor switching unit 8a, 8b and connected to the latter via a heat and current-conducting solder or adhesive layer 9a, 9b. Heat is generated in the semiconductor switching unit 8a, 8b during operation, which must be dissipated in order to avoid destruction of the semiconductor material.
  • connections 12, 20 via which current is supplied to the semiconductor switching unit have a substantially larger cross section than conventional current supply lines for semiconductor switches.
  • the heat generated in the semiconductor switching unit 8a, 8b can be dissipated to the outside via these connections 12, 20.
  • the heat dissipation is further improved in that the said connections 12, 20 are contacted on their side remote from the semiconductor switching unit 8a, 8b with a heat sink 2, 3, this contacting being effected via a heat-conducting and current-insulating soldering or adhesive layer, not shown.
  • the heat sinks 2, 3 are each provided with cooling fins on their upper side, so that heat dissipation is promoted by the resulting enlarged transition area to the surroundings.
  • a flat strand can be provided between the heat and current-conducting solder or adhesive layer 9a, 9b and the respectively associated connection 12, 20.
  • This consists of a wire mesh, the individual wires of which conduct electricity and heat and are movable relative to one another.
  • the advantage of using such a flat strand is that, even when temperature changes occur, there are no detachments of the solder or adhesive layer 9a, b from the semiconductor element to be cooled or the connection 12, 20 caused by thermal expansion of one or more of the components used .
  • the heat sinks assigned to the individual switching phases are electrically separated from one another by plastic intermediate walls or insulators.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a switching device according to the invention, which is provided for single-pole switching of a circuit.
  • the semiconductor switching element 8 to be cooled which is preferably a silicon element or a silicon carbide element, is on its upper side via a heat and current-conducting solder or adhesive layer 9 attached to a likewise conductive conductor piece for cooling 11a.
  • This in turn is connected to a power connection line 12 which is contacted with the conductor piece for cooling 11a using a screw 14 and a washer or spring 13.
  • the current path leading to the silicon element 8, which is indicated by a dashed line in FIG. 2, consequently runs from the power connection line 12 via the conductor piece for cooling 11a and the soldering or adhesive layer 9 to the silicon element 8.
  • the conductor piece for cooling 11a covers a large part of the top of the silicon element 8, the heat generated in the silicon element is dissipated upward over a large area via the conductor piece for cooling 11a, which also serves to transport electricity, to the connecting line 12 and to the environment. Because of the large cross-section of the conductor section for cooling, very little power loss arises and the power loss that arises in the silicon is optimally dissipated due to the low thermal resistance.
  • the silicon element 8 to be cooled is connected on its underside via a heat and current-conducting solder or adhesive layer 10 to a conductor track 15 leading away from the silicon element 8, which is provided on a substrate 16.
  • This conductor track 15 is connected to a conductor piece for cooling 19, which is connected to a power connection line 20. This is contacted using a screw 22 and a washer or spring 21 with the conductor piece for cooling 19.
  • This conductor piece for cooling is therefore also used for the dissipation of heat as well as for the transport of electricity.
  • the underside of the substrate 16 is connected via a thermally conductive solder or adhesive layer 17 to a further heat sink 18, which is provided for the downward dissipation of the heat generated in the silicon element 8.
  • This further heat sink 18 has cooling fins on the ment 8 facing away from the further heat sink 18 are provided. These cooling fins increase the contact area of the heat sink 18 with the surroundings and improve heat dissipation.
  • the electrical component 8 is therefore cooled both over its upper side and over its lower side, heat sinks or conductor pieces being used for cooling there.
  • the conductor pieces provided for cooling on the top are also used for electricity transport.
  • connections 12, 20 are led out of the housing of the switching device and connected in the outer region of the housing to further components, not shown, which provide the currents required in the semiconductor switching unit.

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Abstract

The invention relates to a switching device into whose housing a lossy semiconductor switching unit is integrated. The connections of the switching device, which are guided into the housing, serve as conducting paths and have a cross-section whose dimensions are such that the connections can be used to dissipate the heat produced in the semiconductor switching unit.

Description

Beschreibungdescription
SchaltgerätSwitchgear
Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät, welches eine in das Gehäuse des Schaltgerätes integrierte verlustbehaftete Halbleiterschalteinheit aufweist.The invention relates to a switching device which has a lossy semiconductor switching unit integrated in the housing of the switching device.
Es sind bereits Schaltgeräte bekannt, bei denen durch elek- tromagnetische Kraft Schaltstücke in die Einschaltstellung gebracht und dort gehalten werden. Dabei wird ein Schaltmagnet durch einen Tast- oder Stellschalter an Spannung gelegt und erregt. Dadurch werden die beweglichen Schaltstücke gegen feste Schaltstücke gedrückt. Die Schaltstücke sind oft mit Spezialsilber oder Silbersintermaterial versehen.Switching devices are already known in which switching elements are brought into the switched-on position and held there by electromagnetic force. A switching magnet is energized and energized by a pushbutton or setting switch. As a result, the moving contact pieces are pressed against fixed contact pieces. The contact pieces are often provided with special silver or silver sintered material.
Schaltgeräte, die auch als Schütze bezeichnet werden, werden von der Anmelderin am Markt angeboten, beispielsweise unter der Bezeichnung SIRIUS 3R. Die Strombahn der kleinsten Schüt- ze SIRIUS S00 ist für eine Leistung von 5 , 5 kW ausgelegt.Switching devices, which are also referred to as contactors, are offered by the applicant on the market, for example under the name SIRIUS 3R. The current path of the smallest SIRIUS S00 contactors is designed for an output of 5.5 kW.
Auch Motoren mit einer deutlich kleineren Leistung werden mit diesen Geräten geschaltet.Motors with a significantly lower output are also switched with these devices.
Weiterhin sind bereits Schaltgeräte bekannt, die als Schalt- elemente Halbleiterschalteinheiten aufweisen. Bei gegebenemFurthermore, switching devices are already known which have semiconductor switching units as switching elements. Given
Volumen des Schaltgerätes weisen Schaltgeräte mit Halbleiterschalteinheiten eine geringere Schaltleistung auf als Schaltgeräte mit elektromechanischen Schalteinheiten.Volume of the switching device, switching devices with semiconductor switching units have a lower switching capacity than switching devices with electromechanical switching units.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie bei vorgegebenem Volumen des Schaltgerätes dessen Schaltleistung verbessert werden kann.On the basis of this prior art, the object of the invention is to show a way in which the switching capacity can be improved for a given volume of the switching device.
Diese Aufgabe wird durch ein Schaltgerät mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß die Strombahnen des Schaltgerates nicht nur den Strom für die Halbleiterschalteinheit fuhren, sondern durch ihre spezielle Dimensionierung auch zur Abfuhrung der in der Halbleiter- schaltemheit entstehenden Warme dienen. Dies erlaubt eine höhere und längere Belastung der Halbleiterschalteinheit und ermöglicht auch einen Einsatz von Halbleitern mit höherer Schaltleistung. Mittels der Erfindung erfolgt demnach eine Verbesserung der Wärmeableitung bei in einem Gehäuse angeord- neten Schaltgeraten, ohne daß die bei bekannten Schaltgeraten übliche Anschlußtechnik verändert wird. Dies erlaubt es, konventionelle Schaltgerate bei einem Defekt oder am Ende deren Lebensdauer durch erfindungsgemäße Schaltgerate mit einer elektronischen Halbleiterschalteinheit zu ersetzen. Aufgrund der nach außen hin unver nderten Formgebung und Große desThis object is achieved by a switching device with the features specified in claim 1. Advantageous refinements and developments of the invention result from the dependent claims. The advantages of the invention consist in particular in that the current paths of the switching device not only carry the current for the semiconductor switching unit, but also serve to dissipate the heat generated in the semiconductor switching unit due to their special dimensions. This allows a higher and longer load on the semiconductor switching unit and also enables the use of semiconductors with a higher switching capacity. The invention accordingly improves the heat dissipation in switching devices arranged in a housing without the connection technology customary in known switching devices being changed. This makes it possible to replace conventional switching devices in the event of a defect or at the end of their service life by switching devices according to the invention with an electronic semiconductor switching unit. Due to the shape and size of the
Schaltgerates fugt sich dieses in eine bereits am Markt befindliche Schaltgeratefamilie ein, deren Innenaufbau mittels herkömmlicher Technik erfolgt ist.Switchgear fits into a switchgear family that is already on the market, the interior of which is made using conventional technology.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung von Ausfuhrungsbeispielen anhand der Figuren .Further advantageous properties of the invention result from the explanation of exemplary embodiments with reference to the figures.
Es zeigt:It shows:
FIG 1 ein erstes Ausfuhrungsbeispiel für ein Schaltgerat gemäß der Erfindung und FIG 2 ein zweites Ausfuhrungsbeispiel für ein Schaltgerat gemäß der Erfindung.1 shows a first exemplary embodiment of a switching device according to the invention and FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a switching device according to the invention.
Die Figur 1 zeigt ein erstes Ausfuhrungsbeispiel für ein Schaltgerat gemäß der Erfindung. Dieses Schaltgerat, welches zum dreipoligen Schalten eines Stromkreises vorgesehen ist, ist m ein Gehäuse eingesetzt. Dessen Abmessungen entsprechen den üblichen Abmessungen eines konventionellen Schaltgerates mit einer elektromechanischen Schalteinheit . Von diesem Gehäuse sind m der Figur 1 lediglich Teile gezeigt, die samt- lieh mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet sind. Die Unterseite des Gehäuses ist derart ausgeformt, daß das Schaltgerät in einfacher Weise auf einer Schiene eines Schaltschrankes befestigt werden kann, beispielsweise einer 35mm-Hutschiene .1 shows a first exemplary embodiment of a switching device according to the invention. This switching device, which is provided for three-pole switching of a circuit, is used in a housing. Its dimensions correspond to the usual dimensions of a conventional switching device with an electromechanical switching unit. Only parts of this housing are shown in FIG. are denoted by the reference number 1. The underside of the housing is shaped in such a way that the switching device can be easily attached to a rail of a control cabinet, for example a 35 mm top-hat rail.
Weiterhin weist das gezeigte Schaltgerät in das Gehäuse führende Anschlüsse 12,20 auf, von denen im folgenden lediglich die einer Phase zugeordneten Anschlüsse näher erläutert werden. Diese Anschlüsse sind im Außenbereich des Schaltgerätes mit weiteren, nicht gezeichneten Bauelementen verbunden, die die in der Halbleiterschalteinheit zu führenden Ströme zur Verfügung stellen.Furthermore, the switching device shown has connections 12, 20 leading into the housing, of which only the connections assigned to a phase are explained in more detail below. These connections are connected in the outer area of the switching device to further components, not shown, which provide the currents to be conducted in the semiconductor switching unit.
Die Anschlüsse 12,20 dienen dazu, die genannten Ströme in das Innere des Gehäuses zu führen und dort über eine wärme- und stromleitende Löt- oder Klebeschicht 9a, b der Halbleiterschalteinheit zuzuführen. Diese weist beim gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Halbleiterchips 8a und 8b auf, die über eine Strom- bzw. Leiterbahn 15 elektrisch miteinander kontak- tiert sind.The connections 12, 20 serve to conduct the currents mentioned into the interior of the housing and to supply them to the semiconductor switching unit there via a heat and current-conducting solder or adhesive layer 9a, b. In the exemplary embodiment shown, this has two semiconductor chips 8a and 8b, which are electrically contacted with one another via a current or conductor track 15.
Der Anschluß 12 kann die Drain-Elektrode einer Thyristor- schaltung und der Anschluß 20 die Source-Elektrode dieser Thyristorschaltung sein. Die Gate-Elektrode (n) der Thyristor- Schaltung ist in der Figur 1 nicht dargestellt.The connection 12 can be the drain electrode of a thyristor circuit and the connection 20 the source electrode of this thyristor circuit. The gate electrode (s) of the thyristor circuit is not shown in FIG. 1.
Die in das Innere des Schaltgerätes führenden Anschlüsse 12,20 sind bis in die unmittelbare Nähe der Halbleiterschalteinheit 8a, 8b geführt und mit dieser über eine wärme- und stromleitende Löt- oder Klebeschicht 9a, 9b verbunden. In der Halbleiterschalteinheit 8a, 8b wird während des Betriebes Wärme erzeugt, die abgeführt werden muß, um eine Zerstörung des Halbleitermaterials zu vermeiden.The connections 12, 20 leading into the interior of the switching device are led into the immediate vicinity of the semiconductor switching unit 8a, 8b and connected to the latter via a heat and current-conducting solder or adhesive layer 9a, 9b. Heat is generated in the semiconductor switching unit 8a, 8b during operation, which must be dissipated in order to avoid destruction of the semiconductor material.
Aus diesem Grund weisen die Anschlüsse 12,20, über welche der Halbleiterschalteinheit Strom zugeführt wird, einen wesentlich größeren Querschnitt als herkömmliche Stromzuleitungen für Halbleiterschalter auf. Dadurch kann über diese Anschlüsse 12,20 die in der Halbleiterschalteinheit 8a, 8b gebildete Wärme nach außen abgeleitet werden.For this reason, the connections 12, 20 via which current is supplied to the semiconductor switching unit have a substantially larger cross section than conventional current supply lines for semiconductor switches. As a result, the heat generated in the semiconductor switching unit 8a, 8b can be dissipated to the outside via these connections 12, 20.
Die Wärmeableitung wird dadurch weiter verbessert, daß die genannten Anschlüsse 12,20 auf ihrer von der Halbleiterschalteinheit 8a, 8b abgelegenen Seite mit einem Kühlkörper 2,3 kontaktiert sind, wobei diese Kontaktierung über eine nicht gezeichnete wärmeleitende und stromisolierende Löt- oder Klebeschicht erfolgt. Die Kühlkörper 2,3 sind auf ihrer Oberseite jeweils mit Kühlrippen versehen, so daß durch die dadurch entstehende vergrößerte Übergangsfläche zur Umgebung die Wärmeableitung gefördert wird.The heat dissipation is further improved in that the said connections 12, 20 are contacted on their side remote from the semiconductor switching unit 8a, 8b with a heat sink 2, 3, this contacting being effected via a heat-conducting and current-insulating soldering or adhesive layer, not shown. The heat sinks 2, 3 are each provided with cooling fins on their upper side, so that heat dissipation is promoted by the resulting enlarged transition area to the surroundings.
Zwischen der wärme- und stromleitenden Löt- oder Klebeschicht 9a, 9b und dem jeweils zugehörigen Anschluß 12,20 kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Flachlitze vorgesehen sein. Diese besteht aus einem Drahtgeflecht, dessen einzelne Drähte ström- und wärmeleitend und relativ zueinander beweglich sind. Der Vorteil einer Verwendung einer derartigen Flachlitze besteht darin, daß auch beim Auftreten von Temperaturwechseln keine durch eine thermische Ausdehnung eines oder mehrerer der verwendeten Bauteile hervorgerufene Ablösevorgänge der Löt- oder Klebeschicht 9a, b vom zu küh- lenden Halbleiterelement oder dem Anschluß 12,20 auftreten.According to an advantageous development of the invention, a flat strand can be provided between the heat and current-conducting solder or adhesive layer 9a, 9b and the respectively associated connection 12, 20. This consists of a wire mesh, the individual wires of which conduct electricity and heat and are movable relative to one another. The advantage of using such a flat strand is that, even when temperature changes occur, there are no detachments of the solder or adhesive layer 9a, b from the semiconductor element to be cooled or the connection 12, 20 caused by thermal expansion of one or more of the components used .
Innerhalb des Gehäuses des Schaltgerätes sind die den einzelnen Schaltphasen zugeordneten Kühlkörper durch Kunststoff- Zwischenwände bzw. -Isolatoren elektrisch voneinander ge- trennt.Within the housing of the switching device, the heat sinks assigned to the individual switching phases are electrically separated from one another by plastic intermediate walls or insulators.
Die Figur 2 zeigt ein zweites Ausfuhrungsbeispiel für ein Schaltgerät gemäß der Erfindung, welches zum einpoligen Schalten eines Stromkreises vorgesehen ist. Das zu kühlende Halbleiterschaltelement 8, welches vorzugsweise ein Siliziumelement oder ein Siliziumkarbidelement ist, ist an seiner Oberseite über eine wärme- und stromleitende Löt- oder Klebe- schicht 9 an einem ebenfalls stromleitenden Leiterstück zur Kühlung 11a befestigt. Dieses wiederum steht mit einer Stromanschlußleitung 12 in Verbindung, die unter Verwendung einer Schraube 14 und einer Beilagscheibe oder Feder 13 mit dem Leiterstück zur Kühlung 11a kontaktiert ist. Die zum Siliziumelement 8 führende Strombahn, die in der Figur 2 mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist, verläuft folglich von der Stromanschlußleitung 12 über das Leiterstück zur Kühlung 11a und die Löt- oder Klebeschicht 9 zum Siliziumelement 8.FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a switching device according to the invention, which is provided for single-pole switching of a circuit. The semiconductor switching element 8 to be cooled, which is preferably a silicon element or a silicon carbide element, is on its upper side via a heat and current-conducting solder or adhesive layer 9 attached to a likewise conductive conductor piece for cooling 11a. This in turn is connected to a power connection line 12 which is contacted with the conductor piece for cooling 11a using a screw 14 and a washer or spring 13. The current path leading to the silicon element 8, which is indicated by a dashed line in FIG. 2, consequently runs from the power connection line 12 via the conductor piece for cooling 11a and the soldering or adhesive layer 9 to the silicon element 8.
Da das Leiterstück zur Kühlung 11a einen Großteil der Oberseite des Siliziumelements 8 abdeckt, wird die im Siliziumelement entstehende Wärme großflächig nach oben über das Leiterstück zur Kühlung 11a, das gleichzeitig zum Stromtransport dient, zur Anschlußleitung 12 und an die Umgebung abgeführt. Dabei entsteht wegen des großen Querschnitts des Leiterstücks zur Kühlung sehr wenig Verlustleistung und die im Silizium entstehende Verlustleistung wird wegen des geringen Wärmewiderstandes optimal abgeführt.Since the conductor piece for cooling 11a covers a large part of the top of the silicon element 8, the heat generated in the silicon element is dissipated upward over a large area via the conductor piece for cooling 11a, which also serves to transport electricity, to the connecting line 12 and to the environment. Because of the large cross-section of the conductor section for cooling, very little power loss arises and the power loss that arises in the silicon is optimally dissipated due to the low thermal resistance.
Weiterhin ist das zu kühlende Siliziumelement 8 an seiner Unterseite über eine wärme- und stromleitende Löt- oder Klebeschicht 10 mit einer vom Siliziumelement 8 wegführenden Leiterbahn 15 verbunden, die auf einem Substrat 16 vorgesehen ist. Diese Leiterbahn 15 ist mit einem Leiterstück zur Kühlung 19 verbunden, das mit einer Stromanschlußleitung 20 in Verbindung steht. Diese wird unter Verwendung einer Schraube 22 und einer Beilagscheibe oder Feder 21 mit dem Leiterstück zur Kühlung 19 kontaktiert. Auch dieses Leiterstück zur Küh- lung dient folglich sowohl zur Abführung von Wärme als auch zum Stromtransport.Furthermore, the silicon element 8 to be cooled is connected on its underside via a heat and current-conducting solder or adhesive layer 10 to a conductor track 15 leading away from the silicon element 8, which is provided on a substrate 16. This conductor track 15 is connected to a conductor piece for cooling 19, which is connected to a power connection line 20. This is contacted using a screw 22 and a washer or spring 21 with the conductor piece for cooling 19. This conductor piece for cooling is therefore also used for the dissipation of heat as well as for the transport of electricity.
Die Unterseite des Substrates 16 ist über eine wärmeleitende Löt- oder Klebeschicht 17 mit einem weiteren Kühlkörper 18 verbunden, der zur Abführung der im Siliziumelement 8 entstehenden Wärme nach unten vorgesehen ist. Dieser weitere Kühlkörper 18 weist Kühlrippen auf, die auf der vom Siliziu ele- ment 8 abgewandten Seite des weiteren Kühlkörpers 18 vorgesehen sind. Durch diese Kühlrippen wird die Kontaktfläche des Kühlkörpers 18 mit der Umgebung vergrößert und eine verbesserte Wärmeabführung erreicht .The underside of the substrate 16 is connected via a thermally conductive solder or adhesive layer 17 to a further heat sink 18, which is provided for the downward dissipation of the heat generated in the silicon element 8. This further heat sink 18 has cooling fins on the ment 8 facing away from the further heat sink 18 are provided. These cooling fins increase the contact area of the heat sink 18 with the surroundings and improve heat dissipation.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erfolgt demnach eine Entwär- mung des elektrischen Bauteils 8 sowohl über seine Oberseite als auch über seine Unterseite, wobei dort Kühlkörper bzw. Leiterstücke zur Kühlung zum Einsatz kommen. Die auf der Oberseite vorgesehenen Leiterstücke zur Kühlung werden gleichzeitig zum Stromtransport verwendet. Dadurch treten die mit herkömmlichen Verbindungstechniken wie einem Bonden verbundenen Nachteile nicht auf, wonach aufgrund der kleinen Drahtquerschnitte lediglich ein gewünschter Stromfluß, aber kein nennenswerter Wärmetransport möglich ist.According to this exemplary embodiment, the electrical component 8 is therefore cooled both over its upper side and over its lower side, heat sinks or conductor pieces being used for cooling there. The conductor pieces provided for cooling on the top are also used for electricity transport. As a result, the disadvantages associated with conventional connection techniques such as bonding do not occur, according to which, due to the small wire cross sections, only a desired current flow, but no appreciable heat transport, is possible.
Die Anschlüsse 12,20 sind ebenso wie beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel aus dem Gehäuse des Schaltgerätes hinausgeführt und im Außenbereich des Gehäuses mit weiteren, nicht gezeichneten Bauelementen verbunden, die die in der Halbleiterschalteinheit benötigten Ströme zur Verfügung stellen. As in the exemplary embodiment described above, the connections 12, 20 are led out of the housing of the switching device and connected in the outer region of the housing to further components, not shown, which provide the currents required in the semiconductor switching unit.

Claims

Patentansprüche claims
1. Schaltgerät, welches eine in das Gehäuse des Schaltgerates integrierte verlustbehaftete Halbleiterschalteinheit aufweist , dadurch gekennzeichnet, daß die in das Gehäuse führenden Anschlüsse (12,20) des Schaltgerätes als Strombahnen dienen und bezüglich ihres Querschnittes derart dimensioniert sind, daß sie zur Abführung der in der Halbleiterschalteinheit (8, 8a, 8b) entstehenden Wärme dienen.1. Switching device which has a lossy semiconductor switching unit integrated in the housing of the switching device, characterized in that the connections (12, 20) of the switching device which lead into the housing serve as current paths and are dimensioned with respect to their cross section in such a way that they are used to discharge the the semiconductor switching unit (8, 8a, 8b) serve to generate heat.
2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Gehäuse führenden Anschlüsse (12,20) des Schaltgerätes bis in die unmittelbare Nähe der2. Switching device according to claim 1, characterized in that the leads leading into the housing (12, 20) of the switching device up to the immediate vicinity of the
Halbleiterschalteinheit (8a, 8b) geführt sind.Semiconductor switching unit (8a, 8b) are guided.
3. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zwischen der Halbleiterschalteinheit (8a, 8b) und einem in das Gehäuse führenden Anschluß (12,20) eine wärme- und stromleitende Löt- oder Klebeschicht (9a, 9b) aufweist.3. Switching device according to claim 2, characterized in that it has a heat- and current-conducting solder or adhesive layer (9a, 9b) between the semiconductor switching unit (8a, 8b) and a connector (12, 20) leading into the housing.
4. Schaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der wärme- und stromleitenden Löt- oder Klebeschicht (9a, 9b) und dem in das Gehäuse führen- den Anschluß (12,20) eine Flachlitze vorgesehen ist.4. Switching device according to claim 3, characterized in that a flat strand is provided between the heat and current-conducting solder or adhesive layer (9a, 9b) and the connector (12, 20) leading into the housing.
5. Schaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachlitze ein Drahtgeflecht ist, dessen einzelne Drähte ström- und wärmeleitend und relativ zueinander beweglich sind.5. Switching device according to claim 4, characterized in that the flat wire is a wire mesh, the individual wires are flow and heat conductive and movable relative to each other.
6. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein in das Gehäuse führender Anschluß (12,20) innerhalb des Gehäuses mit einem Kühlkörper (2,3) oder einem Leiterstück zur Kühlung (11a, 19) kontaktiert ist. 6. Switching device according to one of the preceding claims, characterized in that a connection leading into the housing (12, 20) within the housing is contacted with a heat sink (2, 3) or a conductor piece for cooling (11 a, 19).
7. Schaltgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (2,3) auf der von der Halbleiterschalteinheit (8a, 8b) abgewandten Seite des in das Gehäuse führenden Anschlusses (12,20) vorgesehen ist und Kühlrippen aufweist.7. Switching device according to claim 6, characterized in that the heat sink (2, 3) is provided on the side of the connector (12, 20) leading away from the semiconductor switching unit (8a, 8b) and has cooling fins.
8. Schaltgerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß der in das Gehäuse führende Anschluß (12,20) über eine wärmeleitende und stromisolierende Löt- oder Klebeschicht mit dem Kühlkörper (2,3) verbunden ist.8. Switching device according to claim 6 or 7, characterized in that the connection (12, 20) leading into the housing is connected to the heat sink (2, 3) via a heat-conducting and current-insulating solder or adhesive layer.
9. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterstück zur Kühlung (11a, 19) zwischen dem in das Gehäuse führenden Anschluß (12,20) und der Halbleiterschalteinheit (8) vorgesehen ist und als Strombahn dient.9. Switching device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the conductor piece for cooling (11a, 19) between the leading into the housing connector (12,20) and the semiconductor switching unit (8) is provided and serves as a current path.
10. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter- schalteinheit (8a, 8b) eine Thyristorschaltung aufweist und ein in das Gehäuse führender Anschluß ein Source-Anschluß und ein weiterer in das Gehäuse führender Anschluß ein Drain-Anschluß ist.10. Switching device according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor switching unit (8a, 8b) has a thyristor circuit and a connection leading into the housing is a source connection and another connection leading into the housing is a drain connection.
11. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschalteinheit mehrere Halbleiterbausteine aufweist, welche über eine Leiterbahn (15) miteinander verbunden sind.11. Switching device according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor switching unit has a plurality of semiconductor modules which are interconnected via a conductor track (15).
12. Schaltgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Leiterbahn auf der von den Anschlüssen (12,20) abgelegenen Seite der Halbleiterschalteinheit (8, 8a, 8b) vorgesehen ist.12. Switching device according to claim 11, characterized in that the conductor track is provided on the side of the semiconductor switching unit (8, 8a, 8b) remote from the connections (12, 20).
13. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere in das Gerät führende Anschlüsse (12,20) aufweist, wobei jedem die- ser Anschlüsse innerhalb des Gehäuses ein eigener Kühlkörper (2,3) oder ein eigenes Leiterstück zur Kühlung (11a, 19) zugeordnet ist.13. Switching device according to one of the preceding claims, characterized in that it has a plurality of connections (12, 20) leading into the device, each of these having A separate heat sink (2, 3) or a separate conductor piece for cooling (11 a, 19) is assigned to the connections within the housing.
14. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zum einpoligen Schalten eines Stromkreises vorgesehen ist.14. Switching device according to one of the preceding claims, characterized in that it is provided for single-pole switching of a circuit.
15. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , dadurch gekennzeichnet, daß es zum dreipoligen Schalten eines Stromkreises vorgesehen ist.15. Switching device according to one of claims 1 to 13, characterized in that it is provided for three-pole switching of a circuit.
16. Schaltgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die den einzelnen Schaltphasen zugeordne- ten Kühlkörper mittels Kunststoffisolatoren (4,5,6,7) elektrisch voneinander getrennt sind.16. Switching device according to claim 15, characterized in that the heat sinks assigned to the individual switching phases are electrically separated from one another by means of plastic insulators (4, 5, 6, 7).
17. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse die ge- normten Abmessungen eines konventionellen Schaltgerätes mit einer elekromechanischen Schalteinheit aufweist.17. Switching device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing has the standardized dimensions of a conventional switching device with an electromechanical switching unit.
18. Schaltgerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse des Schaltgerätes im Außenbereich des Gehäuses bezüglich ihrer Abmessungen den Anschlüssen konventioneller Schaltgeräte mit einer elektrome- chanischen Schalteinheit entsprechen.18. Switching device according to claim 17, characterized in that the connections of the switching device in the outer region of the housing correspond in terms of their dimensions to the connections of conventional switching devices with an electromechanical switching unit.
19. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es ein Schütz ist . 19. Switching device according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that it is a contactor.
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